一种植物活性炭纤维柱的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种活性碳纤维的制备方法。一种植物活性碳纤维柱的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：１）植物丝瓜果实经过自然风干或烘干后，除去表皮以及丝瓜种子，得到圆柱状植物纤维柱体；２）将圆柱状植物纤维柱体在化学溶剂中浸渍；所述的化学溶剂为磷酸溶液、氯化锌溶液、氢氧化钠或氢氧化钾溶液；３）将浸渍后的圆柱状植物纤维柱体在１００－１０８℃烘干；４）将烘干的圆柱状植物纤维柱体放入炭化活化的坩锅内，用密封硅胶将坩锅盖密封；５）将装有圆柱状植物纤维柱体的密封坩锅放入马弗炉内，在２００－８００℃的条件下炭化活化０．１－１．０ｈ；６）炭化活化结束后将密封坩锅取出，在干燥皿中放冷，得产品。该方法工艺简，所得植物活性碳纤维柱具有吸附性能好、吸附容量大、成本低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种活性碳纤维的制备方法，特别涉及一种植物丝瓜络制备植物活性碳纤维 柱的方法。技术背景活性碳纤维(activated carbon fiber, ACF)是一类多孔性纤维状吸附材料。它具有大的比表 面积，多孔的结构，及强的表面反应性，因而具有广普的吸附性能和高的吸附容量。它被广 泛应用于水的纯化、脱色、除臭、脱氯，以及用于溶剂的回收，空气的净化等环境和资源回 收领域，并与许多行业如食品、医药、化工、石油、矿冶、核工业、汽车和真空制造等工业 息息相关。目前所指的活性碳纤维是有机纤维经过高温炭化活化制备而成的一种多孔性纤维状吸 附材料。活性碳纤维与普通纤维的区别在于，前者比表面积极高，约为后者的几十至几百倍。 炭化温度较低(通常低于IOO(TC)，拉伸强度小于500MPa。而且，活性炭纤维表面存在多种 有机基团，包括含氧官能团。活性炭纤维具有较高强度，不易粉化，加工成型性好，可制成 无纺布、布、纸、毡等。与颗粒活性碳(GAC)相比，ACF具有更大的孔容量和比表面积， 且以微孔为主；由于炭纤维具有更细的尺寸，其直径大约在100微米左右(而颗粒状的活性 炭的尺寸则大得多)，因此，更加有利于吸附质扩散进入孔内及活性表面，使活性炭纤维显 示出更高的吸附容量和更快的吸附-脱附速度。活性炭纤维首先以编织形式制备，黏胶物被用作前驱体，热解并经活化而制成活性炭纤 维织物。活性炭纤维以前驱体分为人工有机合成基活性碳纤维和天然植物纤维基活性碳纤维 两种。1962年，美国的一项专利指出人造纤维素制成的碳纤维将有可能作为一种热绝缘材料和 空气过滤材料。该专利第一次指出活性碳纤维可作为一种吸附剂。随后，相继研制出胶基、 酚醛基、聚氯乙烯基、PVA基、聚酰亚氨基、聚苯乙烯基等活性炭纤维，并广泛应用于各个 领域。日本和苏联在这方面开展了大量的研究和开发应用。我国科技工作者于20世纪70年代末期开展ACF的研究，已成功地开发了黏胶基、沥 青基、PAN基等系列的ACF，以及空心ACF、 ACF纸等特殊结构的活性碳纤维。目前，中 山大学、中科院山西煤化所、北京化工大学、清华大学、天津大学等研究机构在活性碳纤维 的制备、结构及性能方面开展了卓有成就的研究工作。目前，已形成工业规模的主要有纤维素纤维、酚醛树脂纤维、聚丙乙烯纤维、沥青纤维 为前驱体的活性碳纤维。世界上几家大ST的生产厂家中，日本有五家集团公司东洋纺织公 司(ToyoboCo丄td.)以生产纤维素基活性碳纤维为主；Kuraray化学公司和Nippon Kynol公 司以生产酚醛树脂纤维基活性碳纤维为主；东邦人造丝(Tohv Rayon Co丄td )以生产PAN基活性碳纤维为主；大阪煤气公司(OskaGas)与Unitika Ltd(尤尼吉公司)以生产沥青基活 性碳纤维为主。他们于1992年的总产量为200t，约为活性炭总量的0.3%。 20世纪90年代 以来，我国活性演纤维的工业化生产取得了良好的进展，辽宁、吉林、山西、江苏、广东等 地陆续建立了活性碳纤维生产线，均具备了几十吨的年生产能力，部分产品已经出口国外。 但是目前我国活性碳纤维制品总的生产能力还不到50吨/年，仅是日本1992年产量的1/10， 远不能满足国内市场发展需要。尤其是我国《环保法》颁布以后，各地对环境保护方面的加 强，活性碳纤维制品在环保领域的优势更为突出，尤其是在废液、废气的处理上显示出了巨 大优势。现行的活性炭纤维的制备主要包括预处理、炭化和活化三个阶段。预处理的目的是使某些纤维在高温炭化时不致熔融分解，以及能改善产品性能和提高产 品的生产得率。预处理的方法一般有两种方法， 一种是低温预氧化，使其形成稳定的结构； 另一种是使有机纤维浸渍无机盐溶液，提高纤维的热稳定性或降低纤维的炭化温度。炭化是在惰性气氛中加热升温，排除纤维中可挥发的非碳组分，残留的碳经重排，局部 形成类石墨微晶，包括碳质材料的热分解、非碳元素的排出以及形成稳定的碳纤维。活化是指炭化纤维经活化剂处理，产生大量的空隙，并伴随比表面积增大和质量损失， 同时形成一定活性基团的过程。有物理活化和化学活化两种。目前，制备人工有机合成基活性碳纤维的主要工艺有(1) 有机纤维首先经过200 30(TC的热稳定化处理形成稳定化纤维，接着在通加 800 100(TC惰性气体的条件下炭化稳定化纤维形成碳纤维，最后以水蒸气或者二氧化碳为活 化剂，在800 90(TC条件下对碳纤维进行活化，形成活性炭产品。(2) 有机纤维首先在一定浓度磷酸、碱液或者无机盐溶液中浸渍，接着在通加800-1000 'C惰性气体的条件下炭化形成碳纤维，最后以水蒸气或者二氧化碳为活化剂，在800 900。C 条件下对碳纤维进行活化，形成产品。(3) 有机纤维首先经过半炭化处理，接着浸渍碱液(如氢氧化钾)，然后在500~900°C 条件下同时炭化活化得到活性炭纤维产品。(4) 有机纤维浸渍氯化锌或者磷酸等，接着在500 90(TC条件下同时炭化活化得到活性 炭纤维产品。目前天然植物纤维活性碳纤维尚未形成工业规模的生产，制备天然植物基活性碳纤维的 主要工艺与上述4种工艺相同或相似。目前，用于天然植物基活性碳纤维制备的植物纤维为 有麻类纤维和竹类纤维，麻类纤维如苎麻基活性炭纤维(JACF)和剑麻基活性炭纤维(SACF)， 它们的主要化学组成为纤维素，此外还含有半纤维素、木质素、果胶等。在通常的用途中，活性碳纤维平均单位吸附能力的制造成本比颗粒活性碳(GAC )及 粉状活性碳(PAC)要高得多，在工业化应用中存在一定的限制性，进一步开发降低生产成 本的技术和进一歩研究开发有效利用ACF的这些特征的技术，是活性碳纤维的发展方向。 现在国内市售的活性碳纤维制品主要以粘胶基ACF为主,因其制品生产工艺比较成熟，而聚 丙烯腈纤维(PANF)、预氧化聚丙烯腈纤维(OPANF)可纺性差,制品加工困难,所以PAN-ACF制品工业化生产尚存在许多问题。国内外已有专利和研究主要是将丝瓜络直接或做简单处理后用做洗澡用品、厨房用品、 吸附材料和各种细胞的载体和固定化填料。M. Ali Mazmanci (2005)报道丝瓜中含有一定量 的木质素和纤维素，分别占到了丝瓜络干重的1.4%和2.9%，同时丝瓜络结构组织交织成网 状，非常适合作为各种细胞的载体和固定化填料。Alessandro Zampieri (2006)报道了利用丝 瓜络组织结构制备网状沸石填料的研究；N.Akhtar (2004)报道了利用丝瓜络负载固定化细 胞去除水中镍的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种吸附性能好、吸附容量大、成本低的植物活性碳纤维柱的制 备方法，该方法工艺简。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是 ，其特征 在于它包括如下步骤1) 正常生长成熟后的植物丝瓜果实经过自然风干或烘干后，除去表皮以及丝瓜种子， 得到内部交织呈网状的圆柱状植物纤维柱体；2) 将圆柱状植物纤维柱体在化学溶剂中浸渍；所述的化学溶剂为磷酸溶液、氯化锌溶 液、氢氧化钠或氢氧化钾溶液；3) 将浸渍后的圆柱状植物纤维柱体在100-108'C烘干；4) 将烘干的圆柱状植物纤维柱体放入炭化活化的坩锅内，用密封硅胶将坩锅盖密封；5) 将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物活性碳纤维柱的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：１）正常生长成熟后的植物丝瓜果实经过自然风干或烘干后，除去表皮以及丝瓜种子，得到内部交织呈网状的圆柱状植物纤维柱体；２）将圆柱状植物纤维柱体在化学溶剂中浸渍；所述的化 学溶剂为磷酸溶液、氯化锌溶液、氢氧化钠或氢氧化钾溶液；３）将浸渍后的圆柱状植物纤维柱体在１００－１０８℃烘干；４）将烘干的圆柱状植物纤维柱体放入炭化活化的坩锅内，用密封硅胶将坩锅盖密封；５）将装有圆柱状植物纤维柱体的 密封坩锅放入马弗炉内，在２００－８００℃的条件下炭化活化０．１－１．０ｈ；６）炭化活化结束后将密封坩锅取出，在干燥皿中放冷，得产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏世斌，罗斌华，张召基，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]